[林学]2种彩叶植物光合生理特性研究王艳琳.doc

分类号： S687 学号： S20074733 四川农业大学硕士学位论文2种彩叶植物光合生理特性研究王艳琳指导教师： 刘 军 专业名称： 园 林 植 物 与 观 赏 园 艺 研究方向： 园 林 植 物 生 理 生 态 四川雅安 2010年6月Sichuan Agricultural UniversityDISSERTATIONSubmitted in Partial Fulfillment of theRequirement for MASTER DEGREEStudy on the Photosynthetic characteristics of the two colorful ornamental plantsByWang Yanlin(Garden Plant And Ornamental Horticulture)Directed ByProf. Liu JunYaan, Sichuan, China, 625014June, 2010论文独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川农业大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名： 年 月 日关于论文使用授权的声明本人完全了解四川农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意四川农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。研究生签名： 年 月 日导师签名:年月日摘 要试验以中国园林中常见的2种彩叶树种红檵木（Loropetalum chinense var .rubrum）和紫叶小檗（Berberis thumbergii var. atropurpurea）为试材，通过对其在春、夏、秋三季叶片色素含量、叶绿体活力、叶绿素荧光参数的变化及2种彩叶植物成熟叶的叶绿体超微结构的观察，并与红檵木和紫叶小檗各自植株砧木上发出的原种绿色叶片进行比较，分析研究了该2种彩叶植物的光合生理特征。结果如下：（1）2种彩叶植物叶片的各种色素含量及各色素相对含量的变化是导致叶片变色的直接原因，且叶片色素含量随着环境温度和光照等条件的变化而变化，导致叶色的变化；2种彩叶植物可以通过色素变化改变叶色，从而保护叶片组织在强光下维持光合平衡。2种彩叶植物叶绿素a/b的比值与一般绿叶植物不同，这可能是彩叶植物所特有的。（2）2种彩叶植物叶绿体活力随季节变化而变化明显，且在春季活力值最强；红檵木叶绿体活力年均值强与紫叶小檗。（3）2种彩叶植物暗适应下的最大光化学效率均稳定，春、夏、秋三季均未发生光抑制现象；夏季较强的光照导致2种彩叶植物荧光参数较其它季节高；夏季强光下，2种彩叶植物通过热耗散的方式（qN值增加）来实现对光合结构的自我保护。红檵木荧光各参数年平均值大于紫叶小檗，其光合能力总体上强于紫叶小檗。（4）与檵木相比，红檵木叶绿体体积减小，数量有所增多，基粒片层厚且垛叠疏松，有较多的嗜锇颗粒和同化淀粉；与小檗相比，紫叶小檗叶绿体基粒片层垛叠疏松且较薄，含有较多的嗜锇颗粒和较大的淀粉粒及同化淀粉。关键词：彩叶植物；叶绿素含量；叶绿体活力；叶绿素荧光；叶绿体超微结构AbstractThis test had studied the changes of the chlorophyll、the chloroplast vigor、the chlorophyll fluorescence parameters and the different content of the chloroplast ultra structure based on the two grafted colorful ornamental plant species Loropetalum chinense var. rubrum，Berberis thunbergii var. atropurpurea which were frequently used in Chinese Garden, aiming at finding out the photosynthetic characteristics of the two colorful ornamental plants. The results indicated that:(1) The pigment content in the leaf and the various changes in the relative content of pigment was lead to the direct cause of leaf color, and the leaf pigments which caused the change of the leaf clour was changing with the temperature and light conditions. It could be changed throngh to changes in leaf color pigment to protect the leaf tissue in the bright light to maintain photosynthetic balance of the two clourful ornamental plants. Chlorophyll a / b ratio of the two colorful ornamental plants was general different with the green plants, this may be unique to colurful plant .（2）The chloroplast vigor (Hill activity) of the two grafted colorful ornamental plant changed significantly with the seasons and the value were strongest in spring. The chloroplast vigor of Loropetalum chinense var. rubrum was stonger than the value of Berberis thunbergii var. atropurpurea.（3）The Photochemical efficiency of PS in light of the two colorful ornamental plants were stable,so the photoinhibition did not occur in different seasons.The chlorophyll fluorescence of the two colorful ornamental plants were higher in summer than it in the other seasons because of the stronger light in summer.The two colorful ornamental plants could achieve the self-protect of photosynthetic structures by heating dissipation (qN value increase). The annual average chlorophyll fluorescence of Loropetalum chinense var. rubrum was higher than Berberis thunbergii var. atropurpurea,so the photosynthetic capacity was stronger than Berberis thunbergii var. atropurpurea.（4）Compared with Loropetalum. chinens, the chloroplast of Loropetalum chinense var. rubrum leaves was smaller in size and increases in number. The stroma lamellas became loose as well. There were more osmiophilic globules, assimilation starch granules and starch granules which occupy half of the chloroplast; compared with Berberis thunbergii, the stroma lamellas of Berberis thunbergii var. atropurpurea were thin and became loose. There were more osmiophilic globules, assimilation starch granules and starch granules of Berberis thunbergii var. atropurpurea.Key word: Colorful ornamental plant; Chlorophyll; Chloroplast vigor; Chlorophyll fluorescence; Chloroplast ultra structure缩写符号说明缩写英文名中文名PSPhotosynthesis photosystem 光系统FOMinimal Fluorescence初始荧光FmMaximal fluorescence in the dark暗适应下PS最大荧光FvVariable fluorescence in the dar暗适应下PS可变荧光FoMinimal Fluorescence in the light光适应下PS初始荧光FvVariable fluorescence in the dark光适应下PS可变荧光FmMaximal fluorescence in the light光适应下PS最大荧光Fv/FmPhotochemical efficiency of PS in light光适应下PS最大光化学效率Fv/FmPhotochemical efficiency of PS indarkness暗适应下PS最大光化学效率Fv/Fothe latent activity of PSPS潜在活性PSActual photochemical efficiency of PSin the lightPS实际光化学效率qPPhotochemical quenching co-efficient光化学猝灭系数qNNon-photochemical quenching非光化学猝灭系数ETREnergy transfer ratio非循环电子传递速率HillHill reaction希尔反应chlChlorophyll叶绿素chlaChlorophyll a叶绿素a含量chlbChlorophyll b叶绿素b含量chla+bChlorophyll a+b叶绿素总量carCarotenoid类胡萝卜素AQYApparent quantum yield表观量子效率PnNet photosynthetic rate净光合速率CECarboxylation efficiency羧化效率KTKinetin激动素NAANaphthylacetic acid萘乙酸IBA，Indolebutyric acid吲哚丁酸46目 录前言11 文献综述21.1 2种彩叶植物形态及生物学特征21.1.1 红檵木形态及生物学特征21.1.2 紫叶小檗形态及生物学特征21.2 2种彩叶植物研究进展31.2.1 种质资源研究31.2.2 叶色与色素研究41.2.3 繁殖方式研究61.2.4 园林用途71.3 植物光合生理特性研究进展81.3.1 叶片色素81.3.2 叶绿体活力（希尔反应）91.3.3 叶绿素荧光101.3.4 叶绿体超微结构112 研究目的与意义123 试验设计与方法123.1 试验地概况123.2 试验材料123.3 试验设计133.4 研究内容133.5 测定方法133.5.1 叶片色素含量的测定133.5.2 叶绿体活力测定143.5.3 荧光参数测定153.5.4 叶绿体超微结构观察153.5.5 数据分析164 结果与分析164.1 叶片色素含量变化164.1.1红檵木叶片色素含量季节变化184.1.2紫叶小檗叶片色素含量季节变化194.2 叶绿体活力季节变化（Hill活力）204.2.1红檵木叶绿体活力季节变化214.2.2紫叶小檗叶绿体活力季节变化224.3 叶绿素荧光变化224.3.1 Fv/Fm值224. 3.2 Fv/Fo234.3.3 PS值254.3.4 qP值264.3.5 qN值274.3.6 ETR值284.4 叶绿体超微结构变化305 结论与讨论335.1 结论335.2讨论335.2.1 2种彩叶植物叶片色素含量335.2.2 红檵木与紫叶小檗叶绿体活力345.2.3 叶绿素荧光345.2.4 叶绿体超微结构356 进一步研究方向36参考文献37致谢43附图44前言园林造景中，园林植物的叶色、花色及果色一样，是重要的观赏要素1。因此，充分利用园林植物的不同叶色可以表现各种艺术效果2。随着我国城市园林绿化发展的进一步加快，人们对城市园林植物色彩的要求也越来越高，传统单一的绿色植物景观已不能满足人们的需求，而彩叶植物因在生长期内能呈现鲜艳的色彩而备受人们的欢迎，其丰富的色彩更好地表现了城市园林绿地的景观多样性，提升了城市绿地建设的品位3。彩叶植物应用于园林造景自古有之，从秦汉上林苑的枫香、晋朝华林园的柿树，到各地寺庙的银杏、黄连木，私家园林和普通庭院的榉树、红枫，彩叶树种在园林景观构成中起着重要的作用4。我国著名的苏州古典园林中，构成主要风景画面的高大阔叶树也多为彩叶树种5。近年来我国南方江浙一带迈出了“彩装城市”的大步伐，大量建植了金叶女贞、红枫、紫叶李、紫薇和紫叶小檗等彩叶植物6。彩叶树种多变的叶色使其在植物造景中具有特殊意义，在城市园林绿化中也发挥着越来越重要的作用7。红檵木（Loropetalum chinense var .rubrum）紫叶小檗（Berberis thumbergii var. atropurpurea）是分别为檵木（Loropetalum chinense）和小檗（Berberis thumbergii）的变种，是在长期的自然进化中分别由檵木和小檗演变而成的8。红檵木累计红叶天数为170220天9，紫叶小檗在春季时，叶片开始变为红色至紫色，并可持续到深秋10。经过二十多年的开发利用，红檵木和紫叶小檗在国内外的知名度也得到了大大提高11。这2种彩叶植物均具有很高的观赏价值，是目前流行的也是值得大力推广的园林绿化树种12。本论文选取四川农业大学（四川省雅安市雨城区）校区内红檵木和紫叶小檗为材料，研究了该2种彩叶树种在春、夏、秋三季的色素含量、叶绿体活力、叶绿素荧光及叶绿体超微结构的生理特征，旨在丰富彩叶树种基础理论，为彩叶植物的应用提供参考，指导彩叶植物在园林配置中的应用，也为其他彩叶树种的进一步研究打下理论基础。1 文献综述1.1 2种彩叶植物形态及生物学特征1.1.1 红檵木形态及生物学特征红檵木（Loropetalum chinense var .rubrum）又称红桎木，系金缕梅科檵木属常绿灌木或小乔木。红檵木叶革质，卵形，长25cm，宽1.52.5cm，顶端锐尖，基部钝，不对称，全缘，叶面密生星状柔毛，越冬老叶暗红色；嫩枝被暗红色星状毛；红檵木花38朵簇生，花瓣4，淡紫红色，带状线形，长12cm；雄蕊4；子房半下位，花柱2，极短13（附图1）。红檵木喜阳稍耐阴，喜温暖湿润气候，属中性植物；适应性强，耐干旱，耐瘠薄，耐寒，适合微酸性土壤14。开花以春秋两季为主，每次花期40天左右，在生长条件好的情况下，能常年开花不断；红檵木累计红叶天数为170220天9。红檵木不但有较强的园林观赏价值，且具有耐修剪、生长快的特点，因此在园林配置中被广泛利用15。1.1.2 紫叶小檗形态及生物学特征紫叶小檗（Berberis thumbergii var. atropurpurea）又称红叶小檗，系小檗科小檗属落叶灌木或多年生草本。紫叶小檗株高仅60cm，可盆栽；小枝细而有沟槽，老枝灰褐色或紫褐色，有槽；小枝满布尖刺，刺不分叉；单叶或复叶，叶互生，全缘，匙形。花单生或25朵成短总状花序，黄色，下垂。花期为4月，浆果红色，9月成熟16（附图2）。紫叶小檗适应性强，喜光线充足及凉爽湿润的环境，稍耐阴，耐寒，耐旱。对土壤要求不严，而以在肥沃排水良好之沙质壤土上生长良好，耐阴力强17。紫叶小檗细密而有刺，春季开小黄花，入秋则叶色变红，果熟后亦红艳美丽，是良好的观果、观叶和刺篱材料，且叶为深紫色，观赏价值更高，适宜在园林中做刺篱或在园路角隅丛植、大型花坛镶边或剪成球形对称状配置，或点缀在岩石间、池畔，也可制作盆景18。1.2 2种彩叶植物研究进展1.2.1 种质资源研究1.2.1.1 红檵木种资资源研究红檵木是湖南省80年代以来开发的优良盆景素材与园林绿化树种，现已列为省级保护树种13。红檵木野生资源零星分布于湖南浏阳、平江和湘赣交界处的罗霄山脉海拔100m400m的常绿阔叶林地带。据1097年中国树木志记载：全世界檵木属有4种和1变种，白檵木、大果檵木、大花檵木和红檵木变种原产我国，另一种产印度19。1935年春，长沙天心公园最早从湖南省浏阳县大围山引种野生红檵木植株；1938年春，叶培忠教授在天心公园发现此树，并鉴定为檵木变种。1978年春，林昌梅在浏阳萤火山、七宝山、小河、道吾山等地发现野生林分布20。1984年长沙市林木种源普查时，在浏阳县大光乡双洞村发现一株高7m，胸径20cm，开胭脂红花的红檵木。经过20多年的开发利用，红檵木野生种已不多见，目前在园林上应用的多属由原生种檵木繁育而成13。近年来，国内外对红檵木品种的研究也逐渐增多。宋季渊等首次划分2个栽培品种21；林吕梅根据花、叶、果实颜色划分为2个栽培类型22；黄瑞康等根据毛被、叶形、叶色、花色，划分为3个类型9个株系和6个品系20。唐前瑞对收集的14份红花檵木材料和2份檵木材料的形态特征、气孔、色素等进行了研究，并进行了聚类分析，结果表明，14份红花檵木材料可划分为紫红、小叶、紫黑及红赭4个类型23。日本川口市植物园1983年春从湖南长沙引种，根据叶形、花色、叶色选育命名了Thin Petals和Red Petals2个品种。1989年Sylvester G. March从日本引进这2个品种到美国，并于1993年10月1日以Blush和Burgundy品种名进行注册24。美国到1998年己命名注册了15个品种，主要根据叶形、叶色和花色特征、其中品种年Zhuzhou Fuchsia品种1991年从湖南株洲引种25。刘德良等人根据叶色、春花，将红檵木分为三种：（1）嫩叶淡红色，渐变为暗红色，越冬期变成墨绿色，叶片稍大而质厚，春花期2月中4月上旬（花期4050天），花粉红色；（2）叶片由淡红变为暗红，越冬期变为褐红色，叶状较第一种小而尖，叶面星状毛明显，越老越干枯，春花期3月上4月中、下旬（花期3545天），花色较第一种红艳，花数较第一种少，花为玫瑰红；（3）叶片嫩红变为紫红，常年红色不减，叶片圆小而柔嫩光泽，是红檵木的上品，春花期3月下4月上旬（花期3040天），花色更红艳，花朵较大，花数较两种略少18。侯伯鑫根据品种演化关系和叶形、叶色、花色、毛被、花期、分枝疏密及嫩枝韧皮部、木质部、须根颜色等易于识别的分类特征两大要素将红花檵木划分为3大类15个类型41个品种26。1.2.1.2 紫叶小檗种资资源研究紫叶小檗原产于我国东北南部、华北及秦岭，日本亦有分布，多生于海拔1000m左右的林缘或疏林空地27，现在我国各大城市都有栽培。上世纪20年代，欧洲一些国家已培育出紫叶小檗的优良种类，并将其应用于当时的欧洲园林中，30年代开始广为栽培，40年代传入我国28。由于紫叶小檗叶色鲜艳、耐修剪的特性，同时逐渐被应用于世界其他各国家及地区的城市绿化中。至今近一个世纪，紫叶小檗无论是在地域上还是规模上，其在园林中的应用已达到空前，但有关于紫叶小檗种资资源的介绍及系统分类至今尚未见报道。1.2.2 叶色与色素研究1.2.2.1 红檵木叶色与色素研究红檵木在春季新叶初发时，花红叶红，具有很高的观赏价值29；随着叶龄的增大，叶色发生较大的变化，在初夏叶色变为暗红色，而到了盛夏高温季节，叶色几乎变成了绿色，生产上称之为“高温返青”现象30。唐前瑞等从叶绿素、类胡萝卜素、花色素苷、苯丙氨酸解氨酶及可溶性糖含量方面对红花檵木叶色变化的原因进行了探讨。结果表明：随叶龄增大温度增高，质体色素含量增加，花色素苷含量减少，苯丙氨酸解氨酶的活性降低30。费芳等对不同光照下红檵木叶片中的色素含量进行了测定，结果表明：随着光照时间的增加，红花檵木叶片的质体色素含量总体呈上升趋势，花色素苷含量呈下降趋势，光照越强，花色素苷含量越高，质体色素含量越低反之；光照越弱，花色素普含量越低，质体色素含量越高31。文晶亮通过不同离子处理研究其对红檵木叶色的影响，结果表明：不同离子处理对红檵木叶色影响大小的顺序依次为Zn2+Mn2+Fe3+Cu2+Mg2+；且在上述离子的浓度下，红檵木叶绿素含量增加32。李炎林等采用沙培的方法，研究了不同浓度的Al3+对红檵木叶色生理变化的影响。结果表明：Al3+能显著增加红檵木叶片中的叶绿素总量和类胡萝卜素含量；低浓度的Al3+处理能显著的增加红檵木叶片中的花色素苷的含量，同时提高有色色素类总含量的百分比，降低叶片中的叶绿素总量百分比；高浓度的Al3+处理致使红檵木叶片中的花色素苷的含量降低，同时降低了有色色素类的含量百分比，提高了叶绿素总量的百分比33。唐前瑞通过对红檵木叶色由红转绿过程中生理、生化变化及花色素苷稳定性、叶片细胞液pH值变化的系统研究，结果表明：高温能促使红檵木花色素苷的迅速降解，pH值大小不仅影响花色素苷的颜色，而且影响其稳定性。由此，唐前瑞建立了红檵木花色素苷的高温提取方法34。唐克华等对红花檵木花色素理化性质及微波提取方法做了研究。结果表明：红花檵木红色素可能属醇溶性黄酮类；微波提取工艺研究表明：微波提取时间在设定的提取工艺三因素中居主要影响，其次是乙醇用量和浓度；通过对红檵木花色素的硅胶H和硅胶G薄板层析（TLC）分析研究，得到其TLC最佳展层剂（体积比）为水：乙醇：正丁醇：乙酸乙酯12：8：24：36。基本确认红花檵木花中的色素主要成分属二轻黄酮醇类物质35。1.2.2.2 紫叶小檗叶色与色素研究光照强度对叶色的形成有明显的影响，在全光照条件下，紫叶小檗颜色为深红色，而随着光照强度的降低，叶片的颜色逐渐变浅。张平研究分析几种常见的彩叶树种叶片中的叶绿体色素及花青素含量变化及其与叶色的关系，结果表明：紫叶小檗叶片中各种色素的相对含量是导致其叶色不同的主要原因36。也有研究表明，秋色叶的叶色变化主要是由光合产物的变化引起的，而外部条件因子，如光照、温度、水分等，通过影响植物体内光合作用等生理生化过程，引起植物叶片内各种色素的比例发生变化，致使叶片呈现不同色彩。胡迎芬研究几种常见金属离子对紫叶小檗色素稳定性的影响，结果表明：钠、锌、铜、镁、锰、铝离子对紫叶小檗色素有增色、护色作用；铝离子对呈色无明显影响，但可加速色素的降解；铁、锡离子可使色素溶液变色37。紫叶小檗叶片在整个生长季节内呈红紫色，不同光照条件对紫叶小檗光合特性及色素含量会产生一定的影响38。郝峰鸽研究了不同光照条件对紫叶小檗光合特性及色素含量的影响，结果表明：不同光照强度下紫叶小檗叶片的净光合速率、蒸腾速率不同；叶片中叶绿素、类胡萝卜素和花色素苷的含量也有差异39。另外，有研究指出：紫叶小檗叶红色素易溶于水和乙醇溶液，不溶于乙醚、丙酮、石油醚、氯仿等溶剂；在酸性条件下呈紫红色，碱性条件下呈黄绿色40。蔡彤对西安市几种彩叶植物的调查，结果表明：紫叶小檗必须在全光照条件下才能发挥其彩叶的最佳色彩41。当然，光照并不是影响紫叶小檗叶片颜色的唯一因素，它常与其它因子，如温度、土壤、肥料等共同影响植物的叶色。其他因素对紫叶小檗色素含量及叶色表现的影响还有待进一步研究39。1.2.3 繁殖方式研究1.2.3.1 红檵木繁殖方式研究红檵木繁殖方式包括有性繁殖和无性繁殖，现在生产上常用的红檵木无性繁殖方式主要有嫁接和扦插。嫁接在210月均可进行，切接以春季发芽前进行为好，芽接则宜在9-10月；扦插繁殖，39月均可进行，选用疏松的黄土为扦插基质，确保扦插基质通气透水和较高的空气湿度，保持温暖但避免阳光直射，同时注意扦插环境通风透气42。姚诤认为，红檵木最简便有效的繁殖方式是无性繁殖，特别是树桩盆景主要靠嫁接培育而成，一般苗木主要靠扦插压条来培育43。黄瑞康采用粗选檵木树桩，通过合理修剪、高接换头、催根定植、促发新梢、缚扎诱导、修剪定型及精心养护的方法创造出一条高接换头、快速生产红檵木树桩盆景的新途径20。扦插繁殖中，嫩枝扦插44是非常适合的育苗方式；嫩枝密闭扦插以夏季(6-8月)为宜，扦插基质用黄心土较适宜，而且以适宜浓度的ABT(生根粉)处理对扦插促生根的效果极显著45。红檵木有性繁殖因其苗期长，生长慢，且有白檵木苗出现返祖现象，因此一般不用于苗木生产，而用于红檵木育种研究上46。除此之外，在其他生物技术繁育方面，红檵木开展得较多的是离体快繁技术组织培养研究。研究者围绕茎尖、嫩叶、腋芽等不同外植体，接种到添加激素比例不同的MS（基本培养基）上，可获得很高的愈伤组织诱导率和小苗分化率47 48。还有研究表明，红檵木组织培养时，初代培养阶段以取6月份的健壮半木质化的茎段中部为外植体，并用0.1%升汞进行二次灭菌处理，诱导芽分化的最适培养基以MS+1.0mg/L 6-BA+0.05mg/L IBA，可有效降低污染率和获得较好的启动效果；继代增殖阶段，则以改良的MS+1.0mg/L 6-BA+0.4mg/L IBA+0.lmg/L KT为最佳的增殖培养基，其丛芽增殖系数可达4.7749。1.2.3.1 紫叶小檗繁殖方式研究紫叶小檗可采用播种、扦插或压条育苗的方法繁殖。播种以秋季果实成熟后沙藏，第二年四月，撒播在消过毒的疏松肥沃的苗床上，覆土、浇水；压条则在5月把琦下部枝条每隔15cm环剥一处，用10010-的萘乙酸溶液涂抹环剥处，然后插入土中；扦插是繁殖紫叶小檗的重要途径，一般在49月进行，同样将插穗用的萘乙酸浸泡处理15h（嫩枝扦插浸泡10h）以上，插后注意水肥、温度、遮阳等管理。硬枝扦插呈绿可达87以上，嫩枝扦插较嫩枝扦插成活率高50。张军分别以不同浓度的吲哚乙酸、生根粉、吲哚丁酸进行处理，结果表明：各药剂处理对紫叶小檗绿枝扦插的成活率、平均根数、平均根长的影响与清水(CK)处理间差异达0.01极显著水平,其中以吲哚丁酸的处理效果为最好,促进总用最大，生根率最高，其他各项指标也较好51。1.2.4 园林用途1.2.3.1 红檵木园林用途红檵木园林用途广泛，可做地被、基础种植、背景、篱垣、隔离带、盆景材料等；适用于风景区、森林公园、庭院、城市绿化。现国内常将金叶女贞与红檵木相搭配，营造出观赏效果极佳的园林景观52。红檵木耐修剪、耐缚扎整形后其萌发力仍十分强。红檵木不同的变异类型有不同的园林应用：小叶型的适宜做盆景，它容易修剪成型；叶色常年红色的类型适宜做红叶树种用于园林绿化和盆栽观赏；叶色随季节变化的类型适宜做普通绿化树种53。此外，红檵木四季长青，枝条柔软，周年有花，在冬季也繁花不绝。可用于庭院绿化，做盆栽、盆景等，实为珍稀观赏树种，在国内外均有广阔市场42。1.2.3.1 紫叶小檗栽园林用途紫叶小檗春末开黄花，秋天多缀红果，是叶、花、果具美的观赏花木种类，园林常用作花篱或在园、路角隅丛植，点缀于池畔、岩石间，应用非常广泛；也可用作大型花坛镶边或剪成球形对称状配植，适宜坡地成片种植，可与常绿树种作块面色彩布置花坛和花境，是园林绿化中色块组合的重要树种之一，亦可盆栽观赏或剪取果枝供瓶插。此外，室内装饰也有应用：由于紫叶小檗比较耐阴，是乔木下、建筑物荫蔽处栽植的好材料，可盆栽后放置室内、外28。由于紫叶小檗本种较耐寒，冬季在门厅、走廊温度较低的地方都可摆放，为许多温室观叶植物所不及40。1.3 植物光合生理特性研究进展1.3.1 叶片色素植物利用光能，首先要吸收，在光合作用的反应中吸收光能的色素称为光合色素，高等植物的光合色素主要有叶绿素和类胡萝卜素54。一般来说，正常叶片的叶绿体和类胡萝卜素的分子比列约为3：1，叶绿素a和叶绿素b也约为3：155。其中，叶绿素是参与光合作用光能吸收、传递和转化的重要色素，类胡萝卜素可以吸收剩余光能，猝灭活性氧，从而防止膜脂过氧化，保护光合机能56。一些叶绿素缺乏的突变体在全日光照下，叶绿素含量仅是其野生型1/5左右，叶片净光合速率也明显低于它们的野生型57。昆亭尼亚(Quintinia serrata ACunn)红色叶片含2种花色素苷，绿色叶片缺乏花色素苷素58。紫叶桃(Amygdalus persica)等4种红叶树种的花色素苷含量显著高于绿叶树种；油蟠桃(Apersca)和玉皇李(Prunus salicina)，红叶树种花色素苷含量是绿叶树种的5倍以上59。叶绿素缺乏往往以Chlb严重减少为特征，从而影响色素结合蛋白含量的变化60，特别是捕光天线LHC含量明显下降，如赵云和张年辉等人检测发现LHC也明显下降61 62。史胜宝等在对苹果和红栌叶片的研究中得出，叶绿素含量高的品种，其PS光化学效率也就高63 64。林尤河等研究四季橘花斑变异的原因，发现叶片内花色素苷含量的变化是导致四季橘花斑变异的重要原因65。单叶净光合速率与叶绿素含量和比叶重的关系还存在较大分歧，有研究者认为随叶绿素含量的增加，光合速率增加，二者呈显著或极度显著正相关66 67。刘晓军等对不同绿茶品种秋季叶绿素与光合效率的相关性研究指出，第4、5叶的第一个典型相关系数经统计检验达到极显著水平，叶绿素b和叶绿素a+b的含量与光化学效率密切相关，特别是叶绿素b含量与光合速率呈正相关；而第3叶的叶绿素含量与光合效率指标的典型相关系数经统计检验未达到显著水平68。魏书奎等也在研究核桃时也发现同一时期、同一品种内叶绿素含量高低可直接反映品种光合性能的强弱，叶片的光合速率随叶片叶绿素含量的增加而提高，二者有密切的相关关系，但同时也发现不同时期内同一品种叶片叶绿素含量和光合速率的相关关系不明显69。这和文晓鹏等 70、李保国等71的结论一致，说明当叶绿素含量达到某一限定数值后净光合速率与叶绿素含量无相关关系。类胡萝卜素包括胡萝卜素和叶黄素两种，前者呈橙黄色，后者呈黄色。通常叶片中叶黄素与胡萝卜素的含量之比约为2：1。类胡萝卜素有吸收、传递光能的作用，还可以在强光下逸散能量，使叶绿素免遭强光伤害72。1.3.2 叶绿体活力（希尔反应）植物进行光合作用的光反应机构包括光系统和光系统，它的作用是将光能转变为化学能，用于CO2的固定和还原。希尔反应可作为衡量光反应过程运转情况的标志73。水的光解是希尔（Hill）于1937年发现的，他将离体叶绿体加到具有适当氢接受体的水溶液中，光照后放出氧气，这种离体叶绿体在光下进行水分解，并放出氧的反应，便简称为希尔反应。简单地说来，希尔反应即是指在叶绿体中，加入适当的氧化剂铁氧化钾，就可以在光下进行放氧活力测定，可以用来表示光合作用强弱74。希尔反应强度在不同品种及不同品种的不同生育期对植物光合作用的影响有很大差异75。叶片的光合作用与希尔反应活性间有着密切关系：希尔反应活性降低，碳同化便受到抑制76。王继安研究大豆不同品种间希尔活力差异，发现大豆品种间的Hill活力具有较大差异为22.8%，且与产量和RuBPCase、光合效率同时相关较强。因而这一指标可以作为高光效育种的常用指标77。近年来对希尔反应的研究逐渐增多：在栽培措施调控方面，低浓度的镧78和增施铵态氮79能提高烟草的希尔反应活力；在不同逆境条件下，希尔反应活力的表现也有所不同：水分胁迫会导致希尔反应活力和叶绿素含量降低80；盐胁迫是植物叶绿体希尔反应活力提高81。在自然生长条件下，蓖麻的产量与希尔反应活性呈正相关82。郁生福等研究小麦叶绿体希尔反应活性发现：不同叶位的叶片希尔反应活性不同，以第1叶最高，第2、3、4叶位依次降低；第1叶的希尔反应活性从开花期后显著减弱83。郭丹等研究了CO2、O3对银杏希尔反应活力的影响，发现CO2体积分数升高的环境下银杏叶片的净光合速率增加，希尔反应活力增大，Ca2+/Mg2+-ATP酶活性均增强。希尔反应活力和Ca2+/Mg2+-ATP酶活性是植物进行光合作用的重要指标，它们随着CO2体积分数的升高而升高，同时，CO2体积分数升高使银杏叶片可溶性糖和淀粉含量增加，表明CO2能促进银杏的光合作用，有利于光合产物的积累84。这与李永华等对红掌的研究结果一致85。1.3.3 叶绿素荧光处于能量的最低状态（基态）的色素分子在吸收了一个光子后，其原子结构内一个低能的电子获得能量而被推进到高能的激发态。激发态是不稳定的状态，经果一定时间后，就会发生能量的转变：激发态的叶绿素分子回至基态时，可以光子形式释放能量。处在第一单线态的叶绿素分子回至基态时所发出的光称为荧光86。色素发射荧光的能量与用于光合作用的能量是相互竞争的，这就是叶绿素荧光常被认作光合作用无效指标的依据。Fv/Fm为暗适应下PS最大光化学效率， 反应PS原初光能转化效率的高低，常用来衡量植物叶片PS原初光能转换效率，是光抑制的重要指标87。Fv/Fm值通常是比较恒定的，在0.800.85之间；Fv/Fo可以反映PS的潜在活性；PS为PS实际光化学效率（Actual photochemical efficiency of PS in the lighe），反映在光下PS反应中心部分关闭时植物实际原初光能捕获效率88；qP为光化学猝灭系数（Photochemical quenching co-efficient），它反映了PS反应中心的开放程度，常用1-qP表示反映中心关闭程度，或QA被还原的程度89；qN为非光化学猝灭（Non-photochemical quenching），它反映的是PS天线色素吸收的光能不用于光化学电子传递的、而以热的形式耗散的光能部分。在植物受到胁迫时，PS天线色素吸收的过量光能如果不能及时耗散，将对光合结构造成失活破坏，所以非光合化学猝灭是一种自我保护机制；ETR（Energy transfer ratio）为非循环电子传递速率，是反映实际光强条件下的表现电子传递速率90。ETR的大小与实际到达植物叶片的光强有关，前人报到ETR与植物净光合速率呈显著正相关，还与光合机构内的循环式光合电子传递与抗坏血酸的电子传递过程有关91；水分胁迫下，叶绿素荧光参数F0上升，说明叶片PS内色素吸收的能量流向光化学的部分减少，并以热和荧光形式散失的能量增加，或者依赖于跨类囊体膜质子梯度等方式进行热耗散，从而避免或减轻光合机构的破坏；Fv明显下降，表明水分胁迫处理降低了PS反应中心QA的氧化态数量，使QAQB传递电子的能力下降91。大多数学者的研究都表明，干旱胁迫使F0增加，Fm、Fv、Fv/Fm和PS下降，光化学猝灭(qP)下降，而非光化学猝灭(qN)和热能耗散系数(kd)升高，说明干旱胁迫抑制了PS的光化学活性，使PS的原初光能转化效率、PS实际光能转化效率及PS潜在光合作用活力受到抑制，同时Pn显著降低92 93 94 95。1.3.4 叶绿体超微结构叶片是进行光合作用的主要器官，叶绿体是进行光合作用的主要场所, 在光合作用中，光能的吸收、传递和转化过程是在叶绿体的类囊体膜上进行的。在电子显微镜下可以看到, 高等植物的叶绿体都具有由许多片层组成的片层系统, 这些片层垛叠成基粒, 是高等植物细胞所特有的膜结构, 叶绿体的光合色素主要集中在基粒之中, 光能转变成化学能的过程是在基粒中进行的54。高等植物叶绿体中的类囊体不是杂乱无章排列的，它们大多垛叠形成基粒。在电子显微镜下，可以看到叶绿体由叶绿体膜、类囊体和基质三部分构成，叶绿体含有三种不同的膜(外膜、内膜和类囊体膜)和三种彼此分割的空隙(膜空隙、基质和类囊体腔) 86。段续川在对小麦不同叶位叶片结构研究时，发现随着叶位的上升，叶肉细胞中叶绿体的基粒片层和基质片层的数目增多，基质也随之渐浓；光合磷酸化活性相应的提高，并以旗叶最为显著96。王赞等研究干旱对鸭茅光合特性及叶绿体超微结构的影响中发现：中度水分胁迫下，叶绿体类囊体膜变得模糊，叶绿体远离细胞壁发生了质壁分离，部分基粒片层开始出现肿胀；到重度胁迫时，叶绿体片层结构出现类囊体膨大现象，并伴有大量的嗜锇颗粒出现；同时，在这一过程中，鸭茅叶片光合机构的光合能力也随之下降97。红檵木的叶绿体比檵木的要小，基粒厚度大于檵木，而基粒片层数少于檵木。与一般的叶色突变体不同的是，相对檵木，红檵木叶绿体中含有大量同化淀粉粒98 99。齐红岩等研究水分亏缺对番茄叶绿体超微结构的影响时发现：水分亏缺条件下，叶绿体形状细长，被膜完整度下降，严重水分亏缺处理（T3和T4）的叶绿体被膜解体，单位叶绿体基粒数下降，淀粉粒数增加T3处理的叶绿体片层结构松散弯曲，而T4无完整片层结构；恢复灌水后10 d，轻度水分亏缺处理（T1和T2）的叶片气孔和叶绿体超微结构恢复正常，而严重水分亏缺处理（T3和T4）却对番茄叶片光合器官造成不可逆伤害，严重影响其光合作用100。2 研究目的与意义随着彩叶树种在城市公园、绿地中用量的日益增长，彩叶植物的研究也日渐深入，主要集中在叶片呈色机理、园林绿化中的应用、引种培育技术以及彩叶树种配置和适应性几个方面；而有关彩叶树种光合生理特性方面的理论研究比较少，这就使彩叶树种在新品种选育、栽培管理措施制定以及园林配置应用方面存在一定的盲目性。本试验以2种嫁接彩叶树种红檵木（Loropetalum chinense var. rubrum）和紫叶小檗（Berberis thunbergii var. atropurpurea）的叶片为试材，研究其在春、夏、秋三季中叶绿素含量变化、希尔活力变化、叶绿素荧光参数变化及红檵木与紫叶小檗成熟叶的叶绿体超微结构特点，总结出2种彩叶植物的光合生理特性。经试验论证，该试验测定光合生理各指标的方法也可用于今后其它彩叶植物光合生理特性的研究、分析中，并提出今后深入研究的方向，旨在丰富彩叶树种光合生理特性方面的基础理论，也为其他彩叶树种的进一步研究打下理论基础。3 试验设计与方法3.1 试验地概况试验在四川省雅安市四川农业大学校园内进行。试验地的地理坐标为北纬308，东经10314，海拔高度为620m，平均气温16.2，七月均温为25.3，一月均温为6.1，极端最高温为37.7，极端最低温为-3，年降雨量1774.3mm，年蒸发量1011.2mm，年均相对湿度为79%，年均日照时数为1039.6h，年平均无霜期为304d，日均温大于5积温为5770.2，大于10积温为5231.0。冬无严寒，夏无酷暑，雨热同步，为亚热带湿润气候。3.2 试验材料试验材料均选自四川农业大学校园内，试验材料均为嫁接树种，接穗部分分别为紫叶小檗和红檵木，砧木部分为小檗和檵木。砧木和接穗部分的枝条生长良好。3.3 试验设计试验于2009年4月中旬（春季）、8月中旬（夏季）、10月下旬（秋季）分别进行采摘、测定。早晨8:00左右采摘，分别选取树冠外围同一层面上长势一致，受光量相同的紫叶小檗与小檗枝条各20枝，红檵木与檵